均值向量检验在不同地区茶叶鉴别中的应用

周巧仪 凌彩金 刘淑媚

摘要：采用原子吸收光谱法测定广东省清远市、梅州市及河源市3个地区茶叶样品中钙（Ca）、镁（Mg）、铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）、铜（Cu）6种矿质元素的含量，采用国家标准方法测定茶样中水分、干物质、水浸出物、茶多酚、氨基酸及可溶性糖含量，并通过多总体均值向量检验法分析了这3个地区茶叶中矿质元素、生化成分含量的差异。结果表明，部分地区茶叶中矿质元素、生化成分含量之间存在显著差异。

关键词：茶叶；地区；矿质元素；多总体均值向量检验法

中图分类号：O212.2；S571.1 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）20-0097-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.20.022 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： The contents of Ca，Mg，Fe，Mn，Zn and Cu in the samples from Qingyuan city，Meizhou city and Heyuan city in Hubei province were determined by atomic absorption spectrometry. The contents of water，dry matter，water extract，tea polyphenols，amino acids and soluble sugar in tea samples were determined by national standard method. The difference of mineral elements and biochemical components in tea leaves was analyzed by multi population mean value vector test. The results showed that the contents of mineral elements or biochemical components in some tea leaves were significantly different.

Key words： tea；region；mineral element；multiple population mean vector test

茶樹是多年生木本植物，其生长发育的各个阶段都要有规律地从土壤及环境中吸收多种矿物质元素来满足自身的营养需求[1]。茶叶是中国的一种传统饮料，茶叶中不仅含有丰富的茶多酚、茶多糖、氨基酸及维生素等营养物质成分，还含有丰富多样的矿质元素，这些矿质元素及生化成分对人体的正常生长发育及营养代谢起着重要作用，因此饮用茶品不仅能有效地补充人体必需的微量元素，还能改善机体生理功能[2]。茶叶中矿质元素的含量高低主要取决于土壤母质、施肥水平及茶树品种[3]。不同地区茶叶间的矿质元素含量因其土壤特性、环境气候的不同而有所差异，对不同地区茶叶中矿质元素差异性的研究有助于了解中国茶叶矿质元素含量、土壤有机物质含量的地域性分布特征。

多总体均值向量检验法是一种综合统计分析方法，它能够在多个目标对象、多个指标相互关联的情况下分析其统计规律，利用多总体均值向量检验法可以判断满足多元正态分布的总体均值是否等于预判的向量，或者判断两个独立的、满足多元正态分布的总体的均值是否相等[4]。目前，多总体均值向量法多利用SAS软件检验方法中的各个步骤，然后根据计算得出的结果进行分析得到结论，从而解决实际问题。

本试验对广东省3个主要茶叶产区清远市、梅州市、河源市春茶中的主要矿质元素及生化成分含量进行测定，并利用多元正态总体均值向量的检验方法，分析不同地区茶叶中矿质元素及生化成分含量的差异，为探究区分不同地区茶叶主要常规成分的发展规律提供参考依据，并且可为茶资源信息管理系统的建立提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料

清远市、河源市及梅州市3个地区的春茶样本由广东省农业科学院茶叶研究所提供，共36个样品，见表1。

1.2 试剂和仪器

所用试剂有钙（Ca）、镁（Mg）、铁（Fe）、锰（Mn）、铜（Cu）、硼（B）、铬（Cr）、镉（Cd）、铅（Pb）标准溶液，由国家标准物质中心提供；磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、碱式醋酸铅、硫酸亚铁、酒石酸钾钠、硫酸、盐酸、茚三酮、氯化亚锡、蒽酮、硝酸、高氯酸均为分析纯；试验用水为超纯水。

所用仪器有AE200型分析天平（上海梅特勒-托利多公司）；HWS-26型电热恒温水浴锅（上海一恒科技仪器有限公司）；LNK-872型多功能快速消化器（江苏宜兴科教仪器研究所）；TAS-990型原子吸收分光光度计（北京普析公司）；PHS-3C型pH计（上海雷磁仪器厂）；725N型紫外分光光度计（上海菁华科技仪器有限公司）。

1.3 茶样制备

1）干法消解[5]（测茶样中Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu元素）。称取经粉碎过60目筛的茶样1.000 0 g，置于30 mL瓷器坩埚中，在加热板上小心炭化，直至样品冒完黑烟，盖上盖子，放入高温炉，于600 ℃灼烧6 h。冷却至室温后取出，往坩埚中加入少量水和盐酸溶液（体积比为1∶1）2 mL，将此溶液转入20 mL比色管中定容至刻度，摇匀。将定容后的溶液过滤，得到试样液，备用。同法处理2份空白样品。

2）茶汤制备。称取经粉碎过60目筛的样品1.500 g，放入250 mL锥形瓶中，加入225 mL沸水，然后将其置于沸水浴中浸提45 min，每10 min振荡一次。浸提完毕趁热过滤，待茶汤冷却至室温后定容至250 mL，备用。

1.4 测定项目及方法

1）矿质元素。采用原子吸收光谱法测定Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu 6种矿质元素的含量。

2）生化成分。水分含量测定采用快速法-重量法，按GB/T 8304-2002执行；水浸出物含量测定采用全量法，按GB/T 8305-2013执行；游离氨基酸含量测定采用茚三酮比色法，按GB/T 8314-2013执行；可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法；干物质含量测定采用烘干法（快速法），按GB/T 8303-2013执行；茶多酚含量测定采用福林酚法，按GB/T 8313-2008执行。

1.5 数据处理及分析

针对各地区茶叶矿质元素或生化成分的数据，运用多总体均值向量检验方法，在显著性水平？琢=0.05下判斷3个地区[清远市（n1）、梅州市（n2）及河源市（n3）]茶叶数据结果是否存在差异，即比较3个组（k=3）的6项指标（p=6）间是否存在差异。例如，茶叶中微量元素数据结果分析如下：设第i组为6元总体N6（μ（i），∑）（i=1，2，3），来自3个总体的样本容量n1=16，n2=12，n3=8。

2 结果与分析

2.1 矿质元素

采用原子吸收光谱法测定了清远市、梅州市及河源市茶叶样品中的6种矿质元素，通过SAS 9.4统计软件分析，得到3个地区茶叶矿质元素的总体均值向量检验结果，可知总体上茶叶中Mg、Fe、Mn、Zn、Cu含量在清远市、梅州市及河源市间存在极显著差异（P<0.01），其P值为2.03×10-6，单因素方差分析见表2。

由表2可知，36个茶叶样品均含有Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu 6种矿质元素，而不同地区茶叶中矿质元素含量大小为Ca>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu，结果表明，不同地区茶叶部分矿质元素间含量存在差异，但其矿质元素的变化规律是一致的，并不会随着季节的改变而发生变化。清远市、河源市的Mg、Fe元素含量与梅州市存在显著差异；梅州市、河源市的Zn、Cu元素含量与清远市存在显著差异；清远市的Mn元素含量与河源市存在显著差异；清远市、梅州市及河源市的Ca元素含量无显著差异。

2.2 生化成分

采用国家标准方法测定了清远市、梅州市及河源市茶叶样品中的生化成分，通过SAS 9.4统计软件分析，得到3个地区茶叶生化成分的总体均值向量检验结果，可知总体上茶叶中水浸出物、茶多酚、游离氨基酸和可溶性糖含量在清远市、梅州市及河源市间存在极显著差异（P<0.01），其P值为5.77×10-9。单因素方差分析结果见表3。

由表3可知，36个茶叶样品均含有茶多酚、游离氨基酸及可溶性糖等生化成分，其中茶多酚含量较高，不同地区茶叶中生化成分含量由大到小依次为茶多酚、可溶性糖、游离氨基酸，3个地区茶样部分生化成分含量间存在差异。梅州市、河源市的茶多酚、可溶性糖含量与清远市存在显著差异；清远市与梅州市的游离氨基酸含量与河源市存在显著差异；清远市、梅州市、河源市3个地区茶样中水浸出物含量分别为33.43%、49.37%、47.28%，梅州市与河源市的水浸出物含量无显著差异，两者与清远市差异显著。

3 讨论

3.1 不同地区矿质元素的差异性

周娜等[6]研究表明，茶树在生长过程中选择性地从环境、土壤中富集多种矿质元素，茶叶中微量元素的含量与种植茶树的土壤、种植方式及加工方法等因素有关，在不同品种茶叶中存在一定差异，部分元素间差异显著。但由于茶树的基本物质基础是一致的，在不同地区不同品种间茶叶对元素的富集趋势是一致的。本试验研究表明，不同地区茶叶中矿质元素含量之间存在差异，部分矿质元素在不同地区间差异显著，这种差异与茶叶产地的地质、地理环境等因素有关。但不同地区茶叶中矿质元素的变化趋势基本一致，为Ca>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu，6种矿质元素在不同地区茶叶中的含量均不完全相同，差异均有统计学意义。

微量元素虽然在生物机体中的含量极少，但其参与机体新陈代谢过程，在免疫机制、生长发育等方面都起着重要的作用。茶叶中富含多种微量元素，而且其中Zn、Cu、Fe等微量元素的含量远高于蔬菜、粮食、肉类等主要食物[7]。本研究结果表明，广东省3个地区的茶叶中均富含多种人体所必需的微量元素锰、铁、铜、锌，其中锰元素含量最高，铁、铜、锌元素含量较锰元素低。锰是茶树必需微量元素，可参与茶树光合作用、呼吸作用过程，是茶树体内多种酶的活化剂，能促进多酚氧化酶的活性，从而提高茶叶的品质[8]。同时，锰也是人体必需微量元素，它参与构成机体内多种重要生理作用酶，人体缺锰可导致生长发育障碍，生殖功能下降，成人每天需锰量约为2.5～5.0 mg，吸收率为5%～10%[9]。锌元素能提高茶树硝酸还原酶的活性，明显提高茶鲜叶的全氮量，参与色氨酸的合成，影响茶树生长过程[10]。锌元素也是人体正常生长发育的必需元素，广泛调节机体代谢过程，能抑制脂质过氧化功能，起到抗衰老作用。3个地区中均含有锰、铁、铜、锌，而且锰、铁、锌元素含量较高，人们可通过饮茶而补充大量的微量元素，对人体健康有益[11]。

3.2 不同地区生化成分的差异性

茶园所在地区的气候（光照、空气温度、湿度）、土壤、水分等因素会影响茶叶生化成分的形成。不同茶区由于茶树所处的环境不同，其成茶品质会因为地域的不同造成一定的影响。

茶叶水浸出物是茶叶中可溶于水的各种物质的总称，主要包括多酚类（包括水溶性色素）、游离氨基酸、可溶性糖、水溶性维生素、水溶性果胶、咖啡碱、水溶性蛋白质、无机盐等。本试验中，3个地区水浸出物含量在33.43%～49.37%，其中清远市与梅州市、河源市的水浸出物含量存在显著差异，茶多酚、游离氨基酸及可溶性糖的含量在部分地区存在差异，总体而言，3个地区间的茶叶生化成分存在极显著差异（P<0.01）。不同地区间的茶叶生化成分含量存在差异，其原因可能是清远市、梅州市、河源市间的温湿度、降雨量或土壤环境等的差异影响了茶树的生长发育，从而导致茶叶中生化成分含量发生差异，但具体原因有待进一步地探究。

3.3 多总体均值向量检验法在不同地区茶叶区分上的应用

在茶树整个育种过程中涉及大量数据、图片等信息的管理和分析，以往这些信息数据均需要人工采集、记录及分析，但这种模式存在着工作量大、历史记录可靠性低等缺点。随着计算机网络技术的普及和信息统计技术的发展，计算机网络技术已成功地应用于各行业信息的管理[12]。近年来，研究人员逐步将统计学、控制论、系统科学等现代科学与育种学、遗传学紧密结合，并研发出一些相关的应用软件，大力地推动了茶叶行业的发展。其中，统计学与计算机科学结合也逐步形成一种新的技术研究热点。通过计算机软件将统计方法中复杂难懂的计算过程屏障起来，让用户直接看到统计输出结果与相关解释。这一技术的发展不仅可使研究人员对茶树育种过程的记录分析更加明确，而且对探索茶树的生长规律，更好地控制茶树育种遗传过程有着重要价值。冉登培[13]研究表明，相同地区不同元素以及不同地区相同元素含量都是有差异的，且各元素间存在一定的相关性，以微量元素为指标对不同地区茶叶样品进行判别是可行的。

矿质元素及生化成分属于茶树生长过程中重要的组成部分，本研究应用多总体均值向量检验法，并利用SAS软件对不同地区茶叶中的矿质元素及生化成分进行分析，可为茶叶信息管理系统的建立提供参考依据，对发展茶叶科学具有实用价值和现实意义，可促进茶叶资源信息的集中管理，为茶叶科学工作者和生产者更加全面了解茶树的特性、优化培育方法提供新的手段。

4 小结

不同地区的春季茶样中矿质元素、生化成分含量存在一定差异。通过以矿质元素或生化成分含量作为整体，采用多总体均值向量检验法对茶叶样品进行统计分析可在一定程度上区分不同地区的茶叶，为探究区分不同地区茶叶矿质元素或生化成分的信息管理系统的建立提供数据参考。

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